Вход

Биологический эффект действия звука и вибрации на клетки и ткани организма

Реферат* по биологии
Дата добавления: 27 ноября 2010
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 184 кб
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу
* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
Очень похожие работы
Содержание Действие низкочастотной вибрации на клетки и ткани организма Совме стное действие шума и вибрации на организм животных и человека Дейст вие шума на организм человека и животных Перен осимость вибрации и звука Действие н изкочастотной вибрации на клетки и ткани организма Физическая природа звука и вибрации одна и та же . В обоих случаях речь идет об упругих коле баниях, волнообразно распространяющихся в среде газообразной, жидкой и твердой . Вместе с тем, как мы уже отмеч али, биологический эффект действия звука и вибрации на клетки и ткани ор ганизма далеко не одинаков . К сожале нию, природа различий в действии этих двух физически родственных фактор ов во многом еще не изучена . Для эффек тивного действия вибрации существенным ее параметром являются ускорен ие, частота колебаний гравитационных сил, векторы этих колебаний . Для звука, однако, ведущими параметрами я вляются интенсивность, выраженная через давление, и так же, как для вибра ции - частота : в первом случае вибрационная, во втором - звуковая . Но ближе э ти различия до сих пор не установлены . Для сравнения эффективности действия на один и тот же объект звука и вибрации проведены следующие опыты . Эстрагированный из мышц белок миозин подвергался дейс твию звука . Эффективность действия з вука оценивалась по степени денатурации белка . Оказалось, что при действии звука максимальный эффект набл юдается при частоте 3000 Гц . Далее, из рас твора белка получали миозиновые нити и также действовали на них звуком р азличной частоты . Мерой оценки эффек тивности действия звука служила величина связываемого красителя нитям и . Оказалось, что и в этом случае мальный эффект действия звука наблюдается в области 3000 Гц . Именно эти объекты и гомогенат тех же мышц мы подвергали вибрации с различными частотами . Эффект действия вибрации оценивали по изменению ферментативн ой активности . Во всех случаях макси мальный эффект наблюдался при вибрации частотой 200 Гц . Далее мы попытались найти наиболее эффективные частот ы вибрации для мышцы, оценивая эффект вибрации также по изменениям АТФаз ной активности белка, экстрагированного из этой мышцы . Оказалось, что частотой, при которой все более нарушае тся ферментативная активность, также является частота 200 Гц . Мы уже видели, что при действии звука с частотой на те же объекты никакого заметного эффекта не обнаруживается . Тогда как при вибрации с частотой 200 Гц в какой бы упаковке белок ни находился, вибрация будет оказывать на него максима льное действие . 20 0 Гц - это резонансная частота данного белка . При сравнении эффективных частот звука и вибрации при их действии на самые различные по своим характеристикам клетки и ткани ч астота вибрации примерно на порядок ниже частоты звука . Природа этого различия пока не ясна . Ниже приводятся данные серии экспериментов по выясне нию действия низкочастотной вибрации на ткани и органы мышей . Результаты многочисленных опытов показали, что низкочастотные вибрации в большинстве исследованных тканей, за иск лючением селезенки и печени, вызвали заметные, статистически достоверн ые структурные изменения в клетках . Установлено также, что степень их изменения для каждой ткани и органа ра злична, что свидетельствует о их различии чувствительности к данным час тотам вибрации . Более чувствительны ми оказались ткани нейрогенного происхождения, особенно при вибрации с частотой 25 Гц . Оценивая роль частотных характеристик вибрации в ее б иологическом действии на ткани организма, бросается в глаза одно удивит ельное и пока еще трудно объяснимое явление - отсутствие каких бы то ни было заметных изменений в тканях от ви брации с частотой 50 Гц . Почему вибраци я с частотой 25 Гц вызывает довольно значительные субстанционные изменен ия тканей, но еще более значительными являются изменения, наблюдаемые пр и вибрации с частотой 75 Гц, а при 50 . Гц - отсутствуют ? К сожалению, для объяснения этого явления мы не имеем скольк о-нибудь убедительных экспериментальных данных и вынуждены ограничить ся некоторой аналогией, например с сердечной деятельностью . Как известно, сердце работает в строго посто янном ритме . Если мы будем подавать с игналы раздражения сердца в том же ритме, это будет способствовать улучш ению его деятельности в привычном для него ритме . Представим себе, однако, подачу сердцу стимулов, попадающих в противофазу его ритма . Тогда неизб ежны сердечные перебои с катастрофическим последствием для его дальне йшей судьбы . Нечто подобное можно пр едставить и для других тканей, предполагая, что не только сердце, но и все живые ткани " работают " в определенном ритме, и ритм с такой частотой, подаваемый изв не, будет вызывать лишь улучшение их деятельности . Напротив, другие ритмы, например 25 и 75 Гц, приведут к серьезны м нарушениям и структуры, и функции этих тканей, что нами и наблюдалось . Основной вывод из этой серии опытов заключается в том, что вибрация организма ин тото не отражается от поверхности тела животн ого, как это характерно для звука, а проникает во все органы и ткани, вызыв ая соответствующие нарушения их деятельности . Конечно, звуковые волны частично проникают через толщу тка ней, но давление звуковой волны при этом значительно снижается, и поэтом у наиболее эффективным местом действия звука являются рецепторы повер хности тела " экстероцепторы " - представители нервных центро в . Поэтому становится понятным тот ф акт, что звук, в особенности смешанный шум, является источником головных болей, неврозов, психических расстройств . Вибрация же имеет своим адресатом действия структуры всех тка ней организма, и, следовательно, патологические явления при ее действии на целый организм могут быть самые различные и в самых различных участка х организма . Это определяется в знач ительной степени физическими характеристиками вибрации . Приведем еще один поучительный пример, который подтве рждает мысль о множественном характере явлений, вызываемых вибрацией, о многообразии патологических процессов, возникающих в результате ее де йствия . Для белка - актомио зина резонансной частотой вибрации является 200 Гц . Кроме этой частоты значительный эффект вызывается и вибр ацией с частотой 25 Гц ; в какой бы упако вке белок ни находился - эти частоты е го найдут . При действии вибрации с эт ой частотой белок теряет способность расщеплять АТФ, добывать энергию д ля работы мышц . Будем теперь, исходя и з идеи, что характер патологии определяется физической характеристико й вибрации, подвергать животное вибрации с частотой именно в 25 Гц, заведом о зная, что кроме прочего белок при этом будет утрачивать АТФазную актив ность . Как это скажется на состоянии организма ? Опыты подтвердили ожидае мые результаты . Животные, подвергавш иеся вибрации, утратили физическую силу держаться на воде, плавать . Эти данные в высшей степени поучительны . Становится понятным, почему экипажи вертолетов, трактористы, танкисты и вообще лица других профессий, казало сь бы, не выполняя в процессе своей трудовой деятельности непосредствен но физической работы, но подвергающиеся вибрации, ощущают невероятную ф изическую усталость . Теперь это явле ние уже экспериментально доказано . В проведенных опытах обнаруживаются два очень важных факта . Во-первых, вибрация подавляет физическую выносливость в первые же часы своего действия, и этот эффект, по нашим данным, сохраняется в течение нескольких суток . Из этого следует очень важный практический в ывод - необходимо исключать всякие ф изические нагрузки лицам, подвергавшимся в процессе трудовой деятельн ости вибрации . Во-вторых, вибрация на рушает одно из фундаментальных биологических свойств мышц - способность повышать функциональную актив ность посредством тренировки . После вибрации эту способность мышцы на какое-то время утрачивают . Приведенные опыты показывают также исключительное з начение избирательного действия вибрации в возникновении патологичес ких процессов . Совместное действие шума и вибрации на организм животных и чело века На производстве интенсивность шума часто превышает у становленные гигиенические нормы по частоте и интенсивности . Довольно часто, в зависимости от характера п роизводства, шум, как , в прочем , и вибрация, имеет прерывистый характер, который б олее вреден, чем сплошной . Проведены обследования рабочих судоремонтных предприятий, где частота вибрации доходила до 2000 - 3000 Гц, амплитуда - от 0 .1 до 0 .5 2 мм , а интенсивность шума - 105 дБ . Действие вибрации сочеталось с шумом ука занной характеристики . В таких услов иях у ряда рабочих наблюдались ангиоспазм, боли в пальцах, тремор конечн остей, повышение кровяного давления . Действие шума сказывается прежде всего на органах слу ха, вызывая в них болевые ощущения . Пр и этом наблюдается удивительный по своей природе феномен - асимметрия в изменении чувствительности ух а . Отмечается также, что молодые рабо чие более реактивны к совместному действию шума и вибрации . Это, возможно, связано с тем, что у пожилых раб очих с большим производственным стажем пороги слышимости повышены, час то наблюдается значительная потеря слуха . Напротив, у молодых рабочих каналом восприятия шума является о рган слуха, функция которого еще не нарушена, и потому полностью восприн имается звуковая энергия в сочетании с вибрацией, вызывая наиболее ощут имые результаты . Более подробные исследования совместного действия ш ума и вибрации проведены на крысах . Ж ивотные массой 180 - 200 г подвергались длительной, до двух недель, вибра ции с частотой 6 Гц при амплитуде 0 .0 33 мм и 10 Гц при амплитуде 0 .0 20 мм . В этих условиях интенсивность шума равня лась 72 дБ . Реакция животных оценивал ась по изменению содержания кор тикостер оида в плазме периферической крови, аскорбиновой кислоты в надпочечник ах и веса надпочечников . В первые два дня опытов с сочетанием вибрации и шума вызывают снижение количества ко ртикостероидов в крови с 26% в контроле до 15 .3 % в опыте ; чистый шум в этих условиях оп ыта достоверных изменений не вызывал, можно говорить лишь о некоторой те нденции к повышению . По мере увеличе ния срока действия исследуемых факторов, содержание кортикостероидов заметно уменьшается, и при действии только шума на 12-е сутки опытов содержание кортикостерои дов оказалось одинак ово уменьшено до 1 4.6 % как в случае совместно го действия вибрации и шума, так и одного лишь шума . Аналогичные результаты получены и при вибрации с частото й 10 Гц . Проводились исследования продолжительного действия вибрации и шума . Было показано, что со вместное действие вибрации и шума повышает содержание в крови сахара, хо лестерина, липопротеида . Оказалось, что рост животного резко замедлен - д о 50 - 60% . Вероятно, в силу того, что вибрация и шум - одной физической природы, их совместное биологическое дейс твие суммируется . Действие шума на орг анизм человека и животных Два вида механических колебаний - звук и вибрации, принято различать по среде их передачи при распространении от источника генерации этих колебаний . Колебания, распространяющиеся по воздуху, на зывают звуковыми, и, в зависимости от частоты, их делят на колебания инфра звуковой области и области слышимых звуков . Частоты, превышающие указанные, относятся к ультразвуковой об ласти . Шумы представляют собой смесь частот любой части звукового спектра . Давно уже известно, что звук как смешанных, так и чистых тонов вызывает деструктивные изменения в биологических объектах . Долгое время биологи проявляли интерес к биологическому действию звука с точки зрения его экологического значе ния, физиологи исследовали механизм звуковой рецепции, врачи исследова ли и контролировали нормальное и патологическое состояние органов слу ха . Однако в настоящее время на челов ека действуют звуки небывалой интенсивности, в миллион раз превышающей ту, на фоне которой протекала вся предшествующая история его развития . Это приводит к глубоким патологичес ким процессам, угрожая в будущем судьбе человека - этого царя природы . Воз никла настоятельная необходимость более глубокого исследования механ изма биологического действия звуковой энергии, прежде всего смешанног о спектра частот . Речь идет, как и в сл учае вибрации, о пря мом, нерецептор ном де йствии звуковых колебаний на клетки и ткани организма, минуя специализи рованный орган слуха . При этом следу ет помнить, что звуковые колебания продолжают свое патологическое дейс твие на организм и в тех случаях, когда орган слуха, как некий предохранит ель " высокого напряжения ", выбывает из строя . Сведения Всемирной организации здравоохранения о чи сле профессиональных заболеваний рабочих предприятий с повышенной инт енсивностью шума, к сожалению, касаются лишь утраты слуха, жалоб на голов ные боли, неврозов и др . Это результат действия шума на рецепторы, но есть и прямое действие звука помимо рецеп торов . Пока нет сводок о прямом дейст вии механических колебаний инфра - и звукового диапазона частот, вследствие чего мы ограничимся лишь ссылко й на отдельные исследования, иллюстрирующие эффект биологического дей ствия этого вида энергии . Известно, ч то действие мощных звуков на организм может привести к летальному исход у . Полагают, что гибель животных, подв ергавшихся сильному звуковому воздействию обусловлена действием темп ературы, которая при этом развивается . Звуковая энергия, абсорбированная поверхностью тела животног о, преобразуется в тепло, которое в случае превышения определенных грани ц и вызывает смерть . Авторы отмечают, что при частоте 3000 Гц смерть наступает в течение 9 мин . Возможно, что эта частота является резонансной, при кот орой амплитуда, и в данном случае кавитация, резко увеличивается . О прямом действии звука свидетельствуют опыты исслед ования микрофонного потенциала внутреннего уха на наркотизированных ж ивотных . Было установлено видовое ра зличие чувствительности ганглиозных клеток к интенсивности звука . Поскольку подопытные животные были нар котизированы, то, как надо полагать, действие звука воспринималось не ре цепторами, а непосредственно ганглиозными клетками . Известно, что звук интенсивностью 94 дБ подавляет экспе риментально вызванный лейкоцитоз животных . Из этих данных следует, что звук пронизывает все ткани организм а, вызывая в них функциональные и структурные нарушения . Если учесть при этом, что каждая клеточная по пуляция, каждая функциональная система обладают своей, специфической д ля нее чувствительностью к звуковым воздействиям, то становится понятн ым многообразие форм патологии, вызываемой звуком, как и вибрацией . В норме шум воспринимается всеми рецепторами, а, напри мер, для телец Пачини он является адекватным раздражителем . Но при более мощных звуковых воздействиях, п о нашему мнению, рецепторы перестают " раб отать ". Происходит своеобразное " зашкаливание ", и зв уковая энергия воспринимается всеми тканями организма . К сожалению, мы еще не знаем степени чувствительности нерецепторных клеток к звуку и вибрации ; таких исследований нет и поныне . Между тем отсутствие этих знаний затрудняет понимание механиз ма биологического действия звука и вибрации . Итак, вибрация и звук при определенных условиях являют ся биологически опасным фактором, угрожающим целостности организма . Эта опасность для человека стремите льно возрастает в связи с развитием техники, так как увеличивается интен сивность сопутствующих факторов, при действии которых и вибрация, и шум становятся особенно опасными . Речь и дет о температуре окружающей среды, степени загрязнения атмосферы, ради ации, магнитных полях и др . Следует им еть в виду и то, что наряду с физическими факторами в патогенезе вибрацио нной болезни важнейшую роль играет фактор социальный : моральная обстановка в трудовом коллективе, интерес к профессии, материальные условия жизни и др . Именно в силу своей массовости, в силу этих сопутствующих факто ров новая нозологическая единица болезни, порожденная техническим про грессом, - вибрационная болезнь - теперь стала предметом исследований мед иков всех стран мира, ученых различных областей науки : физиологов, биофизиков, математиков и, как мы уже подчер кивали, социологов ; эта проблема в на ше время приобрела важнейшее социальное значение . Переносимость вибра ции и звука Существует довольно распространенное мнение, что виб рация является фактором, не столь радикально действующим на биологичес кую судьбу объекта по сравнению, например, с термическими и радиационным и, действие которых, безусловно, приводит к гибели . Сложилось убеждение, что биологический эффект вибрации н акапливается в результате длительного или многократно повторяемого ее действия . Основания для этого имеют ся . Насколько нам известно, еще не зар егистрировано ни одного случая смертельного исхода действия вибрации на человека . Однако при ближайшем ра ссмотрении механизма биологического действия вибрации смертельный ис ход объекта не только теоретически возможен, но уже многократно наблюда лся в экспериментах на животных . Еще в 30-х гг . японский исследователь Суеда М . провел обширное исследование дей ствия вибрации на различные функциональные системы лабораторных живот ных . Было установлено, что низкочаст отная вибрация - 140 колебаний в минуту - приводит к смертельному исходу крол иков . По данным автора, горизонтальн ая вибрация является более опасной, чем вертикальная . Аналогичные результаты наблюдаются в опытах на крыса х . Скорость гибели животных повышала сь с увеличением амплитуды колебаний . В серии экспериментов было показано, что смертельный исход от д ействия вибрации наступает в результате смещений органов . Каждый орган обладает своей массой, своими д инамическими свойствами, и в силу этого при вибрации животного, как , в прочем , и чело века, в той или иной области возникает явление резонанса . Многими авторами было показано, что, наприме р, вибрация человека в положении сидя вызывает резонанс при 5 Гц, стоя - при 11 Гц ; голова - 20 Гц, грудь, живот - 8 Гц . Эти исследования объясняют многие явления, связанные с вибрацией : например, случаи, когда при вибрации пило т теряет способность прочитать показания прибора . Как оказалось, это наблюдается при резонансной частот е 24 Гц . Становится понятной и причина смертности животных . Чтобы исключит ь всякого рода нервные влияния на конечный результат вибрации, животных анестезируют, а затем подвергают вибрации . Оказалось, что лишь частоты 18 - 25 Гц вызывают быструю гибель мышей, другие частоты подобного эф фекта не вызывают . Вскрытие показало , что смерть наступает от кровоизлияния в легких и желудочно-кишечном тр акте . Высокая смертность крыс наблюд алась при вибрации с частотой 10 - 45 Гц ; при гибели животных от вибрации обна ружено кровоизлияние в легких . С теоретической и практической точек зрения представ ляет большой интерес серия исследований комбинированного действия виб рации и радиации . Каждый из этих факт оров имеет свою мишень действия : рад иация - компоненты клетки, главным об разом нуклеопротеиды ; вибрация - структуру клетки и субклеточных образо ваний . В этом их специфичность дейст вия на клетки . Однако реакция клетки, как часто можно наблюдать, кажется однозначной . Это обстоятельство дало повод к широкому выводу о существо вании неспецифической реакции клетки в ответ на самые различные виды во здействия : механические, химические , радиационные и др . Но идея неспецифи ческой реакции клеток справедлива лишь на уровне последнего этапа ее бы тия - на грани жизни - паранекрозе . Нача льный этап действия этих факторов и соответствующая им реакция сугубо с пецифичны и представляют особый интерес для биологов . К сожалению, исследование реакций клетки и в микроинте рвалах времени, и на уровне ультраструктуры в ответ на действие хотя бы э тих двух факторов представляет серьезные методические трудности . Может быть, в силу этих трудностей пробле ма комбинированного действия разных факторов на биологические системы пока что изучена крайне слабо . В результате исследований комбинированного действия на животных вибрации и радиации было установлено, что конечный результа т комбинированного действия этих факторов зависит от интенсивности ка ждого из них, от последовательности действия, а также от интервала време ни между факторами . Так, при облучени и мышей после вибрации с частотой 70 Гц их смертность повышается . Напротив, если вначале облучать животное, а п отом подвергнуть его вибрации, то смертность не повышается . Что происходит в клетке после облучения, в ре зультате которого вибрация оказывается неэффективной, - мы не знаем . Мы не знаем также, что происходит в клетке через 5 сут . после вибрации, когда последующее облучение резк о повышает смертность животных . Общи й вывод заключается в том, что при определенных условиях комбинированно е действие вибрации и радиации увеличивает смертность животных либо со кращает продолжительность их жизни . Это далеко не банальный, само собой разумеющийся вывод о том, что два факт ора, конечно же, действуют эффективнее, чем один . Физиологам, однако, известны явления синергизма и антагони зма . Вполне возможно, что при совмест ном действии вибрации и радиации могут быть случаи и синергизма, и антаг онизма . К сожалению, причины этого ос таются за пределами наших знаний . Высокая смертность кошек наблюдается при вибрации их с частотами 6 - 12 Гц и с ускорением 15 - 20 g - животные н е выдерживают более 20 мин . По мнению р яда авторов, смерть наступает в результате деструкции в области сердца и легких . В исследованиях на кошках пр именялась несколько необычная методика . Допускали возможность ударения животных о стенки клетки при в ибрации . Чтобы исключить эту возможн ость, животных погружали в сосуд с водой . Допускалась также, и вполне резонно, возможность влияния с реце пторов, и, разумеется, не только с рецепторов поверхности, но и с интерорец епторов . Для устранения и этих влиян ий животных наркотизировали . Услови я вибрации : частота 2 - 50 Гц, амплитуда до 0 .4 мм, время от 5 до 120 мин . Результаты опытов показали, что максимальна я гибель животных наблюдается при вибрации с частотами 12 и 18 Гц и с ускорен ием в 15 g . Если применялась вибрация с частотой 12 Гц, животное погибало через 37 мин, а с частотой 18 Гц - через 60 мин . Интересно, ч то каких-либо значительных изменений в электрокардиограмме животных н е наблюдалось . Наибольшие патологич еские изменения были обнаружены в легких . При ускорении в 15 g уже через 5 мин действия вибрации в легких наблюдаются резкие изменения . Нами также были проведены исследования переносимост и вибрации животными . Мыши подвергал ись вертикальной вибрации с частотами от 10 до 50 Гц и амплитудой 4 - 6 мм . Гибель животных наблюдалась при вибр ации с частотой 25 Гц . Вскрытия показал и, что уже через 10 мин вибрации обнаруживаются обширные очаги кровоизлия ний в печени, легких и кишечнике, что в конечном счете и является причиной гибели животных . Естественно, эта оп асность увеличивается еще и под влиянием сопутствующих факторов : температура окружающей среды, газовый со став, повышенный уровень шума и другие трудно учитываемые факторы, а для человека еще и моральное состояние его, социальный микроклимат . Летальный исход действия вибрации становится, как уже отмечалось, более вероятным при ее сочетании с влиянием других физических факторов . Так, смертность крыс от вибрации повышается с падением пар циального давления кислорода, связанным с увеличением высоты над уровн ем моря . Показано также, что начиная с 3000 м над ур . м . смертность крыс резко возрастает . Увеличение напряжения к ислорода положения не спасает . При п одъеме животных до 6000 м гибель их про исходит в 100% случаев . В одной из серий о пытов исследовалась роль атмосферного давления в выносливости животны х к вибрации . Оказалось, что само по се бе понижение атмосферного давления не влияет на выживание животных, одн ако действие вибрации в этих случаях становится уже летальным . Вскрытие животных, погибших в этих условиях, показывает наличие обширных очагов кровоизлияния в различных органах .
© Рефератбанк, 2002 - 2024